用于放大器的延迟调节器预失真电路的制作方法

专利名称：用于放大器的延迟调节器预失真电路的制作方法
用于駄器的鹏W器!1^鹏
狱领域
本发明涉及一种功率放大器，并特别涉及一种在功率放大器，如多赫尔蒂
(Doherty)放大器和其f鹏高效率的放大器中处理失真特性的预失真TO。 背景駄
射频(RF)通信系凝鹏用，如琉语音和,鹏，需要功率放大器，其 既是高效率的又是线性的。然而，这两种特性在工作中通常是相互抵触的，使得 高线性功率放大器通常效 ^氐，^^较高效率的放大，设计上要 线'1^0 常规的功率方tt器通常在饱和或饱和Pf逝以最大效率操作，而这将影响其线性度。
因此，为了调节具有改变振幅的RF通信信号，^!信系统内的功率放大 器通常在不同模式下进行操作，其取决于，M^大的输入信号的振幅。例如， 功率放大器对于其时间的实质部分可會繩常操作在峰值效率之下。为了处理这种 放大需求，1MDoherty放大器，和具有提高效率的期til^大器，诸如增^^AB 类(ECAB)放大器。例如，美国专利号6， 922， 102和7， 064 ， 606中描述了放
大器，其皿效斜n线性的期望的平衡。
然而，这种ECAB/Doherty放大器也具有描述基于频率的相位变化的失真特 性。这些失真特性可以被认为是AM/PM特性的旋转(spinning),其中AM/PM特 性随着频率逆时针方向旋转。例如，用于放大器的AM/PM曲线可以禾U用网^^析 器进行检查，将网络分析親广展至嗍望的频率范围内的功率。在检查多个频率上 的AM/PM曲线时，发明者确定放大器的鹏随^T入功率的增加而减小。这种失 真是最难以在宽的带宽，行校正，由于其产《常被假定为存储效应的效应。 因此，尽管ECAB/Doherty放大器麟了效斜嘰'隨之间所希望的权衡，{践它 们也展现了所不希望的失真特性。


图1是根据本发明方案的具有皿5I^调制的预失真电路的放大器系统的一
个实施例的示意图。
图2是可以在图1的电路中使用的定标,的示意图。 图3A-3C图示:PSS低频率、中频、和较高频率中JOTDoherty或ECAB拓 扑的RF功率放大器的通信系统的所测量的失真特性。
图4A4C根据本发明的方案图示了预失真鹏的一个实施例所测量的失真特性。
图5A-5C根据本发明图示了使用预失真电路的通信系统的所观懂的失真特性。
本发明Mili乓将由RF功率放大器放大的信号的预失真，解决了现有技术 的缺点。预失真电路利用信号多路径内的舰调制，以餘而调制将微大的组 合输出信号的 1^延迟。输入信号在多条路径中被分成信号部分，在各个相应 路径中具有E^元件。禾,每条路径中的可变增益电路，改变每条路径中输入信 号部分的电平，从而调制来自由每条路径的组合的信号部分的输出信号的整体群 延迟。预失真顿各对于效率高的线'啦文大器是有效的，如Doherty放大器和增强型 AB，大器，以^M现出，相位失真的其^1^大器。
图1示出具有根据本发明的方案与RF功率放大器20结合4顿的预失真电路 10的放大器系统5的一个实施例。正如所指出的，RF功率放大器可以为Doherty 放大器鹏强型AB微大器，或者期腿合的具有单个或多个放大级的RF放大 器。因此，元件20仅舰放大器元件的示意性说明，而不是限制。
预失真顿各10对将由放大器20进行放大的输入信号22进行操作。■ 10 利用用于在处 径26和采样路径28之间划^if入信号22的信号分配器24或 者其他信号划^S。在本发明一个实施例中，信号分配器24可以为90'混^f禹 合器，如图1所示，其中将输入信号22划分为输出信号26和28。将处S^径26 上的信号弓瞎至另一个信号分配器或分路器30，该分配器或分路ll^输入信号22 径26上的1分划分为在电路10的主要路径32和次要路径34中传送的输 入信号部分。信号路径32和34被认为包括信号分路器30和信号组合器40。此外， 适合的信号分MB^ 30可以为90'混合耦合器。
信号5S^元件，如延迟元件36和38，被并入到各自的信号路径32和34。根
据本发明一个方面，舰元件将群鄉弓l入到針各自路径中的信号部分。然后
路径32和34中的延迟信号部分在信号组合器40中^ia合，如图1所示。也可以 是90。混合耦合器的信号组合器40，将主要路径32和次要路径34的输入信号部分 组合为被输入到放大器20的组合的输出信号42。職本发明的方面，从而输出信 号42被预失真，以便当信号42被放大时，处理由RF功率放大器20所弓I入的失 真特性。如上指出的，功率放大器，或者功率放大电路20可以是从本发明魏的 任一适合的放大器设计。Itl^卜，尽管系统5的电路10和功率放大器20作为^5: 的元件示出，但^0f有这些啦各可以被组合为在单个外壳内一个总的放大器鹏， 其中将电路10实施为对输入到放大器20的输入信^Sfff页失真。
根据本发明一个方面，^Ei要路径32和次要路径34中的每条路径中，{顿 可'变增益电路44、 46，并且其可用于改变每条路径中输入信号的电平并且改变被 引导至信号组合器40的所皿的信号部分的电平。主要和 ，路径中^M言号都 由相应的MiE元件36和38进行延迟。然^^些SiE信号由信号组合器40进fi^且 合为输出42。 5M;改变来自对组合输出信号42的有贡献的每条路径的特别EiH信 号的部分，戶形且合的输出信号42的^^目^R可以被改变或被调制，从而以影 响输出信号42舰的EiE调制形式ii^预失真。例如，适合的5^fi元件可以是同 轴电缆长度的形式，如通常自由分散的TEM l試，线。于是预失真电路10的 理想、性能可以以简化形式 I6S行^^莫为
这采用了理想混合f給器和以距离d,和d2表示的延迟元件，皿要路径中可 变增益电路44的增益为A，次要路径中可变增益电路46的增益为(l-A)。从而， 本发明在组，出信号42中产生线性变化和延迟，其随着各自路径中增益A和 (l-A)而变化。当增益A从O向1变化时，Sig变化为丛舰(次要)减去A
皿(主要)。当A不等于Ogl时，增益平稳度将受ij影响，并且增益平稳^
由带宽和两个KtM^确定的。通常，增益平稳度在八=0.5处为最差。
可以各种不同方式实施可变增益鹏44和46，例如，Mil舰可变增微 大器、乘法器芯片、或可变衰 。在本发明一个，例中，^^了高速衰 ， 并且高皿减器由输入到,10的输入信号的测i^控制，如TM戶;fi寸论的，输 入信号的测量如由各自包络(envelope)检波器48、 50所鹏。禾佣可变衰繊， 路径32和34中信号的电歸减可以被认为魏法器函数。也就是说，A=l的最
娥益相应于鹏44的最低衰减。相i鹏，A=0的最低增益被认为^t理想的衰 减。根据本发明一个方面，可变增益电路通常是相反关联的，使得鹏44具有增 益A，而^5各46具有增益(l-A)，其中A在0和1之间变化((KA《1)。 计的中心频率处(其中两个路径32和34的插入相位是相同的)，由上面的等式1 Jlf共输出电压。iM改变由MEiR元件36和38 ,的群皿，其中由皿元 件36提供的d,不等于d2并且具有相同的中心带相，迟，电路10提供对输出信 号42的SiStfi^制的延迟调制器。将来自电路10的预失真与放大器20相加导 致显著^>的AM/PM失真。
再次转向图l， ^Ei要和次要路径中的，元件36和38具有不同的值，并 且由此引入不同的群 。在一个实施例中，主要路径中的5iiE元件在主要路径 信号部分中弓I A^EiE，该群MiS比次要路径中由5iiH元件38弓l入的群M^要大。
为了鄉本发明，顿增益电路被各自耦合到控制子电路52，雜制子鹏 52包括一个或多个模拟增益调节电路54、 56。禾艮据本发明，增益调节^54、 56 为相应顿增益电路44、 46中的每一个JI^增^^化。将增益调节电路54、 56 中的每一佛合到控制其操作的相应的^^检波器48、 50。特别地，控制子鹏 52禾鹏来自采样路径28的信号，并进一斜鹏信号分路器58離号分到3te的 控制路径60、 62。从而将输入信号22微径28中的1分^^合确定输入信号 电平的,险波器48、 50。输入信号的具体电平TO来操作改，变增益电路44、 46中的每一个的增益的增益调节电路。
根据本发明的一个方面，在较低信号电平时，希望具有来自TO10的较短的 有效延迟。根据本发明一个 例，次要路径中的^元件38,或引入比主要 路径32中延迟元件36弓l入的群g小的群延迟(^￡件36引入比元件38大的 鹏)。因此，对于较低输入信号电平，如由^&检波器48、 50所确定的，操作 可变增益电m吏得A处于O或接近O。 "S]^增益电路44的增益为0 (最^^减)， 并且可变增益鹏46的增益处于1或舰1 (最小衰减)。因此，输出信号42主 要受次要路径34中来自元件38的较小的Mi^應响。可选掛也，繊高信号电 平时，希望具撤长的有^R。因此，操作可变增益鹏，使得A移动到舰 1，以至于鹏44鄉最娥益(最小衰减)，同时鹏46移动至嘬小增益(A-1) 或0 (最大衰减)。那样，输出信号将更多地鼓要路径32中默的Mifi^影响。 从而，基于可变增益电路的控制，将皿调制^^il入信号220
在图1所描述的本发明实施例中， 一个或多个路径60、 62包括定标电路，其
定标1^1r入信号，从而MI莫拟增益调节电路改变顿增益电路的增益。即，
各自的定标电路64、 66先于包络检波器48、 50定标~^，入信号，以影响增 益调节鹏54、 56的操作。定标电路64和66具有两个主要目的在部件中对于 小误差的调节以及设置延迟调制器影响的输入信号的范围。因此，可以调谐电路 10来处理鹏多种部件的缺陷，例如信号分配器24和30，以及由可变增益鹏 提供的衰减，和由5iifi部件36、 38提供的所希望的延迟中的差。可以改变定标和 增益调节电路的调节以便为最佳5iiS分酉斑行调节，从而补偿放大器20的延迟特 性。
雄制子电路52中，路径60对应于主要路径和可变增益鹏44，而路径62 对应于次要路径和可变增益电路46。可以ES定标电i^处理部件的缺陷并JJI 供本发明的舰调制器鹏的更实际的实施方式。特别地，鹏下面的等式2，定 标电路66可以提供对次要路径中可变增益电路46的定标<formula>formula see original document page 11</formula>
艮口，定标^^制"。其允许对来自秒各46的次要增益的精细调谐，以获得 对于各自可变增益电路的理想增益A和(l-A)。
]tW卜，进一步可以，制子％^ 52配置为将线性偏移量JI^合路径62中的 一部^f入信号，以改变可变增益鹏46的增益。例如，由，件的缺陷，顿 增益鹏46的增益柯能非m^万希望的(l-A)参数。艮P，在等式(l-A)中， 电路不能准确iWf共理想的"1"，使得,46中增益的范围不^^希望的"0" 和"l"之间波动。因此，根据TM的等式3，可以^l維制子鹏52隨来操作并 M^性偏移量
例如，这种偏移量可以在增益调节顿各56中实现，其M^具有偏移量的固定的增
益。aai^调节"，次要gs可以在(i-a)增益的魏中被精细调谐到更微"i"
和"0"。
定标电路64可以被隨来调节次要路径32中的可变增益电路44，类似于其
中定标电路66调节次要路径增益的方式。为此，可以将定标电路64體5fe^
主要Gp的可定标性(scalability),如下面戶标 Gp
Gs=l-^
从而，定标电路64被配S5fe处理y并改^i要路径的增益。如果定标TO^大 量的增益，包络检波器将产生必须由增益调节电路减小的大信号以满足增益电路 的某些固定需求。这将使本发明在更大的"归一化振幅"范围上影响AM/PM。通 常，包络检波器具有阈值，在该阈值之下包络检波器不产生输出。在定标电路中 较低增益iM相应增益调节电路中所增加的增M抵消以产生在较小的"归一化 振幅"范围上影响AM/PM的效果。除了 J^ffiT^陷的校正之外，偏移/定丰^!t 性的一个另外的用途，是有意地在AM/AM特性中产生倾斜。
如图2戶;f^利用可变衰^l器70和放大器72来实现定标TO 64、 66以在包络 检波器48、 50之前为信号Jli共所希望的定标。进一m，电珞10的调谐也可以 iM;任选的移相器39来执行，例如在主要路径32中。调节该移相器，使得信号 路径32和34的插入相位^0f希望的带处相等，有效地,精细调节以控制中心 频率。作为一种选择，可以将移相，入到次要路径34。本发明由ltl^^所希望 的延迟调制，因此相位调制反映输入信号的电平，并^MJI^预失真^lf入到RF功 率放大器20的信号，以处理由放大^^的AM/PM中的失真。
图3A-3C图示出^S^低频带(869MHz)、中心频带(881MHz)以及较高频 带(894MHz)中RF功率放大器20^fc^统链的可能失真特性。在本发明实施
例中，进行测微jn^所希望高速鹏调制器。数字乘法器，例如来自模m^s
公司(Analog Devices Inc.)的ADL5391乘法器，OT于可变增益电路44、 46。延 迟元件36、 38利用同轴线来实现。控制秒各52禾lj用您各检波器，并且以本领域 的技术人员可以理解的常规方式利用来自Texas Instruments的THS3202电流反馈 运算放大器和可从Texas Instruments获得的两个THS鄉全教放大器来实鹏 拟增益调节鹏54、 56。
如图3A-3C所描述的，所示出的鹏10被驱动在;^勺-6.3犯111功率上。所使 用的测试信号包括间隔400kHz的八个GSM载波。，的中心频带频率是八个 GSM载波的中心。
在图3A、 3B和3C的齡图中，左侧麟AM/AM特性，而右侧麟AM/PM
特性。其与图4A4C和5A-5C相似。参考图3A-3C，可以看到AM/PM特'I4M示 出在较低频带和中心频带中通常向下倾斜，以及在较高频带中向上倾斜。本发明 的以延迟调鬼機形式的预失真电路处理了放大 20的这种特性。
图4A4C示出了预失真电路10的AM/PM特性，并示出由预失真电路10提 供的AM/PM特性的斜面麟从较低频带的通常向上斜面，以及较高频带中向下斜 面，而在中心频带M常平坦的响应。根据本发明一个方面，^t放大器链20的 输出具有所希望的影响，如图5A-5C所示，其中，在^P三个频率处，AM/PM — 脱斜面稍微向下，艮P，使这^I4面相似。AM/PM的特性仍随频率而改变，其与初 始放大器链的特性一致，如图3A-3C戶g的。
也可以从图3A-3C、 4A-4C和5A-5C确定其j似见察结果。一种观察是，如图 4A和4C戶标的^iR调制器预失真秒各10和图3A-3C中所说明的放大^S频率 上并未居中。^M^见察AM/PM特性在中心频带处的皿来确定。放大^^和预 失真鹏的总体趋势是在中心频率处的负AM/PM斜面。因为它们处在相同方向， 可以预期这将在中心频带处引起另外的AM/PM斜面。还可以注意到，如所希望的 那样，如图4A4C附兑明的舰调制器预失真鹏的频率上的相^J定转与放大器 链的相t^定转相反。另外，可以观察到M调制器预失真电路的AM/AM示出一 些增益扩展。^^调制器中某种禾號的失配可能引起这种增益特性。
因此，尽管本发明M3i各种实施例的描^iS行说明，并且尽管相当详细地 描述了这些实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以樹可 方式限制到这样的细节。另夕卜的优点和修舰本领域的技术人员题而易见的。 从而，在其MT泛方面中本发明并不限于特定的细节、典型设备和方法，以皿 示和描述的示例。因此，在不偏离申请人的总的发明构思的精神或范围的情况下， 可以从这些细节进行变化。
权利要求
1.一种用于对输入到放大器的信号进行预失真的电路，包括信号分配器，用于将输入信号分为在主要路径和次要路径中传播的信号部分；在每个所述主要和次要路径中的延迟元件，用于将群延迟引入给各自路径中的信号部分；信号组合器，用于将各自路径中的信号组合为组合的输出信号；可变增益电路，其设置在每个所述主要和次要路径中，该可变增益电路用于改变每条路径中输入信号的电平，由此调制所述组合的输出信号的整体相位延迟。
2. 如权利要求1戶，的电路，其中戶;Mi要和次要路径中的EiS元件具有不 同的值并且弓l入不同的群g。
3. 如权利要求2所述的电路，其中所，要路径中的延迟元件^^M^要路 径的信号部分中弓l入群延迟，戶，群延迟大于戶皿次要路径中的 元件弓l入的 群舰。
4. 如权利要求l所述的电路，进一步包,益调节电路，其孝給到至少一个 可变增益电路，并且用于基于所述输入信号的电 调节戶皿可变增益电路的增
5. 如权利要求4戶腿的电路，进一步包括耦合到戶脱增益调节电路的^&检波器，用于检测戶;f^输入信号的电平。
6. 如权利要求4戶脱的鹏，进一步包括第二信号分配器，用于将^f^输入 信号划分在所述增益调节电路和形成所述主要和次要路径的所述信号分配器之 间。
7. 如权利要求i所述的电路，其中戶;Mi要路径中的可变增益TO具有增益 (a),并且基于戶;Mi要路径可变增益赵珞的增益，所述次要路径中的可变增益电 路具有增益(1-A)。
8.如权利要求4所述的电路，其中所述增益调节电路耦合到戶;M次要路径中的可变增益电路，所述电路进一步包括次要定标电路，用于定标一部分戶，输入 信号以改^^M可变增益电路的增益。
9. 如权利要求4所述的电路，其中所述增益调节电路耦合到戶;f^要路径中 的可变增益电路，戶做电路进一步包括主要定标电路，用于定标一部分戶腿输入 信号以改^^M可变增益电路的增益。
10. 如权利要求s所述的^，其中戶;f^增益调节电路将线性偏移量^^给 戶;f^输入信号的所述部分，以改^^M可变增益电路的增益。
11. 如权利要求i戶皿的电路，进一步包括^^Mi要路^^;次要路径中的 至少一条路径中的移相器，雜相应的鹏元件之后。
12. —种用于对输A^放大器的信^^Tf页失真的,，包括用于将输入信号分配到主要路径和次要路径中以在每条路径中弓l入不同的群 ，并且然后皿号路裕且合为单^ii出信号的TO;可变增益电路，其體s^Mi要路径和次要路径中的每条路径中，戶脱可 变增益电路用于改变每条路径中输入信号的电平，并且由此调制所组合的输出信号的Wt目^Sifi。
13. 如权利要求i2戶;M的电珞，其中所，要路径中的延迟元件^ff^要 路径的信号部分中引A^延迟，戶;M群Mis大于戶;M次要路径中延迟元件弓l入的 群鹏。
14. 如权利要求12戶脱的电路，进一步包鹏益调节鹏，其耦合到M^—个戶皿可变增益电路，并，于基于戶，输入信号的电^调节戶;M可变增益电 路的增益。
15. 如权利要求12戶腿的电路，进一步包括增益调节电路，其耦合到戶腿可变增益电路中的每一个，并且用于基于戶; ^输入信号的电平来调节相应可变增益 电路的增益。
16. 如权利要求12所述的电路，其中相反地调节戶，可变增益电路，以相反 地改变每条路径中输入信号的电平。
17. 如权利要求i6所述的电路，其中戶;Mi要路径中的可变增益电路具有增 益(a)，并且基于戶;Mi要路径可变增益电路的增益，所述次要路径中的可变增益电路具有增益(1-a)。
18.如权利要求i4戶腿的电路，其中戶;M增益调节电路耦合到戶脱次要路径 中的可变增益电路，戶腿电路进一步包括次要定标电路，用于定标一部分戶脱输 入信号以改势;M可变增益扭各的增益。
19. 如权利要求14戶腿的电路，其中戶;M增益调节电路耦合到戶;Mi要路径 中的可变增益电路，所述电路进一步包括主要定标电路，用于定标一部分戶;f^输 入信号以改^BfM可变增益,的增益。
20. 如权利要求i8戶腿的电路，其中戶;f^增益调节鹏将线性偏移量^^给 戶; ^^入信号的所^i部分，以改^^; ^可变增益M的增益。
21. —种放大器，包括用于将输入信号分配到主要路径和次要路径中以在每条路径中弓i入不同的群 并且然后糊言号路极且合为单^1出信号的顿各；可变增益电路，其设置在戶;Mi要路径和次要路径中的每条路径中，所述可 变增益电路用于改变每条路径中输入信号的电平，并且由此调制戶形且合的输出信功率放大电珞，用于放^0M瑜出信号以形^^大的信号。
22. 如权利要求21戶诚的放大器，其中戶;Mi要路径中的5ii8元件^m^i 要路径的信号部分中引入群延迟，所述群，大于所述次要路径中的EM元件弓I 入的相^iH。
23. 如权利要求21戶诚的放大器，进一步包J鹏益调节鹏，其耦合到至少 一个戶腿可变增益电路，并且用于基于戶脱输入信号的电平来调节戶舰可变增益 电路的增益。
24. 如权利要求21戶脱的放大器，进一步包鹏益调节鹏，其耦合歪ij戶舰 可变增益电路中的每一个，并且用于基于戶皿输入信号的电 调节相应可变增 益电路的增益。
25. 如权利要求2i所述的放大器，其中相反地调节戶;M可变增益电路，以相反地改变每条路径中输入信号的电平。
26. 如权利要求25所述的放大器，其中0Mi要路径中的可变增益TO異有增益(A)，并且基于戶;Mi要路径可变增益电路的增益，所述7，路径中的可变增益喊具有增益(1-A)。
27. 如权利要求21戶脱的放大器，其中戶皿功率^:^^括Dohei1y放大 器鹏强型AB微大器中的至少一个。
28. —种用于赠寺放大信^Sffl^失真的方法，包括 将输入信号划分为姓要路径和次要路径中传播的信号部分；将群鹏弓l入至湘i^^径中的戶;M信号部分；将相i^各径中的信号组合为组合的输出信号；利用可变增益电路，改变每条路径中输入信号的电平，以调制戶形且合的输出 信号的,目^ifio
29. 如权利要求28戶腿的方法，进一步包括^^f^要和次要路径中的信号 部分中引入不同的群Sifio
30. 如权利要求29戶腿的方法，进一步包括^^Mi要路径的信号部分中引旭鹏，戶;M群鹏大于戶腿次要路径中弓i入的群舰。
31. 如权利要求28戶腿的方法，进一步包括基于戶; ^i^V信号的电^调节 路径中可变增益电路的增益。
32. 如权利要求28戶腿的方法，其中戶;Mi要路径中的可变增益鹏具有增 益(a)，并且基于戶;im要路径可变增益鹏的增益，戶诚7^^路径中的可变增益电路具有增益(1-a)。
33. 如权利要求31戶腿的方法，进一步包括定标戶腿次要路径中输入信号的 一部分以改^^M可变增益TO的增益。
34. 如权利要求31戶脱的方法，进一步包括定标BWi要路径中输入信号的 一部分以改^^M可变增益电路的增益。
35. 如权利要求33戶;M的方法，进一步包括将线性偏移量M^合戶腿次要路 径中输入信号的戶腿部分，以改^^腿W^增益喊的增益。
36. 如权利要求1戶腿的方法，ii一步^^S^Mi要路械次要路径的至 少一个中M^移相器，縱相应5i^元件之后。
全文摘要
一种用于对输入到放大器的信号进行预失真的电路，包括信号分配器，用于将输入信号分为在主要路径和次要路径中传播的信号部分。在主要和次要路径中每条路径中的延迟元件将群延迟引入给各自路径中的信号部分。信号组合器用于将各自路径中的信号组合为组合的输出信号。将可变增益电路设置在主要和次要路径中的每条路径中。可变增益电路用于改变每条路径中输入信号的电平，由此调制组合的输出信号的总体相位延迟。
文档编号H03F3/20GK101350596SQ20081014288
公开日2009年1月21日 申请日期2008年5月29日 优先权日2007年5月31日
发明者J·A·宾厄姆 申请人:安德鲁公司